Sådan fungerer airbags

Den indsatte airbag inde i resterne af en Enzo Ferrari. Se flere bilsikkerhedsbilleder. Michael Tullberg / Getty Images

I årevis gav det pålidelige sikkerhedssele den eneste form for passiv tilbageholdenhed i vores biler. Der var debatter om deres sikkerhed, især vedrørende børn, men over tid vedtog store dele af landet obligatoriske sikkerhedssele. Statistik har vist, at brugen af ​​sikkerhedsseler har reddet tusinder af liv, der måske er gået tabt i kollisioner.

Ligesom sikkerhedsseler har konceptet med airbag - en blød pude at lande imod i et styrt - eksisteret i mange år. Det første patent på en oppustelig nedstyringsenhed til fly blev indgivet under 2. verdenskrig. I 1980'erne dukkede de første kommercielle airbags ud i biler.

Siden model 1998 har alle nye biler, der sælges i USA, været pålagt at have airbags på både førersiden og passagersiden. (Lette lastbiler kom under reglen i 1999.) Indtil videre viser statistikker, at airbags reducerer risikoen for at dø i en direkte frontal nedbrud med ca. 30 procent. Derefter kom sæde-monterede og dørmonterede sidekolli-tasker. I dag går nogle biler langt ud over at have dobbelt airbags til at have seks eller endda otte airbags. Efter at have fremkaldt noget af den samme kontrovers, som omgik brug af sikkerhedsseler i de tidlige år, er airbags genstand for seriøs regerings- og brancheundersøgelse og test.

I denne artikel lærer du om videnskaben bag airbag, hvordan enheden fungerer, hvad dens problemer er, og hvor teknologien går herfra.

Lov om bevægelse

Før vi ser på detaljer, skal vi gennemgå vores viden om bevægelseslove. Først ved vi, at bevægelige objekter har momentum (produktet af masse og hastighed af et objekt). Medmindre en udvendig kraft fungerer på et objekt, objektet vil fortsætte med at bevæge sig med sin nuværende hastighed og retning. Biler består af flere genstande, inklusive selve køretøjet, løse genstande i bilen og selvfølgelig passagerer. Hvis disse objekter ikke er fastholdt, fortsætter de med at bevæge sig uanset hvilken hastighed bilen kører med, selvom bilen stoppes af en kollision.

At stoppe et objekts momentum kræver kraftvirkning over en tidsperiode. Når en bil går ned, er den krævede kraft for at stoppe en genstand meget stor, fordi bilens momentum er ændret øjeblikkeligt, mens passagererne ikke har det - der er ikke meget tid til at arbejde med. Målet med ethvert supplerende fastholdelsessystem er at hjælpe med at stoppe passageren, mens han gør så lidt skade på ham eller hende som muligt.

Hvad en airbag ønsker at gøre, er at nedsætte passagerens hastighed til nul med ringe eller ingen skade. Begrænsningerne for at det skal arbejde inden for er enorme. Airbaggen har mellemrummet mellem passageren og rattet eller instrumentbrættet og en brøkdel af et sekund at arbejde med. Selv den lille mængde plads og tid er værdifuld, men hvis systemet kan bremse passageren jævnt snarere end at tvinge en pludselig stopper for hans eller hendes bevægelse.

I det næste afsnit skal vi se på dele af en airbag og se, hvordan den blæser op.

Målet med en airbag er at bremse passagerens fremadgående bevægelse så jævnt som muligt i en brøkdel af et sekund. Der er tre dele i en airbag, der hjælper med at opnå denne bedrift:

• Det taske i sig selv er lavet af et tyndt nylonstof, der er foldet ind i rattet eller instrumentbrættet eller, for nylig, sædet eller døren.
• Det sensor er den enhed, der beder posen om at oppustes. Inflation sker, når der er en kollisionskraft, der svarer til at løbe ind i en mur på 10 til 15 miles i timen (16 til 24 km i timen). En mekanisk afbryder vendes, når der er et masseskift, der lukker en elektrisk kontakt, der fortæller sensorerne, at der er sket et styrt. Sensorerne modtager information fra en accelerometer indbygget i en mikrochip.
• Airbaggen inflationssystem reagerer natriumazid (NaN3) med kaliumnitrat (KNO3) til fremstilling kvælstofgas. Hede sprængninger af nitrogen opblæser airbag.

Airbag og oppustningssystem opbevares i rattet. Se flere bilsikkerhedsbilleder.

Tidlige bestræbelser på at tilpasse airbag til brug i biler stødte op mod uoverkommelige priser og tekniske forhindringer, der involverer opbevaring og frigivelse af komprimeret gas. Forskere spekulerede på:

• Hvis der var plads nok i en bil til en gasbeholder
• Om gassen forbliver indeholdt ved højt tryk i bilens levetid
• Hvordan posen kunne fås til at ekspandere hurtigt og pålideligt ved forskellige driftstemperaturer og uden at udsende et ørespaltende smell

Inflationssystemet bruger et solidt drivmiddel og en tænder.

De havde brug for en måde at modregne en kemisk reaktion, der ville producere det nitrogen, der ville puste posen. Lille faste drivmotorer kom til redning i 1970'erne.

Inflationssystemet er ikke i modsætning til en solid raketforstærker (se Sådan fungerer raketmotorer for detaljer). Airbag-systemet tænder a fast drivmiddel, som brænder ekstremt hurtigt for at skabe et stort volumen gas til at pumpe posen op. Posen derefter bogstaveligt bursts fra sin lagerplads ved op til 200 mph (322 km / t) - hurtigere end et øjeblik! Et sekund senere spredes gassen hurtigt gennem små huller i posen deflatere posen, så du kan flytte.

Selvom hele processen kun sker ind en femogtyvende af et sekund, den ekstra tid er nok til at hjælpe med at forhindre alvorlig personskade. Det pulverformigt stof der frigives fra airbaggen er for øvrigt almindeligt majsstivelse eller talkumpulver, der bruges af airbag-producenterne til at holde poserne bøjelige og smurte, mens de er i opbevaring.

Dernæst skal vi se på nogle af de sikkerhedsforholdsregler, der er forbundet med airbags, især hvad angår børn.

Siden de tidlige dage med auto-airbags har eksperter advaret om, at airbags skal bruges sammen med sikkerhedsseler. Sikkerhedsseler var stadig helt nødvendige, fordi airbags kun fungerede i front-end-kollisioner, der forekom på mere end 10 km / h (6 km / h). Kun sikkerhedsseler kunne hjælpe med sidesvip og sammenbrud (selvom sidemonterede airbags bliver mere almindelige nu), bagkollisioner og sekundære stød. Selv når teknologien skrider frem, er airbags stadig kun effektive, når de bruges sammen med et skød / skulder sikkerhedssele.

Det tog ikke lang tid at lære, at en airbags kraft kan skade dem, der er for tæt på den. Forskere har konstateret, at risikosonen for chaufførens airbags er den første 2 til 3 inches (5 til 8 cm) inflation. Så ved at placere dig selv 25 cm (25 cm) fra din førerkirbag giver du en klar sikkerhedsmargin. Mål denne afstand fra midten af ​​rattet til din brystben. Hvis du i øjeblikket sidder mindre end 10 inches væk, kan du justere din kørestilling på følgende måder:

• Flyt dit sæde bagud så vidt muligt, mens du stadig når pedalerne komfortabelt.
• Læn dig let på bagsiden af ​​dit sæde. Selvom bildesign varierer, kan de fleste chauffører nå 10-tommer afstanden, selv med førersædet hele vejen frem ved let at lægge bagsiden af ​​sædet tilbage. Hvis tilbagelæggelse af sædet gør det svært at se vejen, kan du rejse dig op ved hjælp af bilens sædehevningssystem (ikke alle biler har dette!) Eller en fast, ikke glat pude for at opnå den samme effekt.
• Ret airbagen mod dit bryst i stedet for dit hoved og nakke ved at vippe dit ratt nedad (dette fungerer kun, hvis rattet er justerbart).

Reglerne er forskellige for børn. En airbag kan alvorligt skade eller endda dræbe et uudkoblet barn, der sidder for tæt på det eller bliver kastet mod instrumentbrættet under nødsituation. Eksperter er enige om, at følgende sikkerhedspunkter er vigtige:

• Børn 12 år og yngre skal ride spændt i et korrekt installeret, aldersmæssigt passende bilsæde i bagsædet.
• Børn i bagudvendte børnesæder (under et år gammelt og vejer mindre end 20 kg / 10 kg) bør aldrig køre i forsædet i en bil, der har en airbag i passagerens side.
• Hvis et barn over et år gammel skal køre i forsædet med en airbag i passagerens side, skal han eller hun sidde i et forreste barnets sikkerhedssæde, et booster-sæde eller et korrekt monteret skød / skulderbælte, og sædet skal flyttes så langt tilbage som muligt.

For mere information om bilsæder, skal du læse Bilsæder: Hurtige fakta.

I visse særlige tilfælde kan bilejere anmode om muligheden for at deaktivere deres airbags. I det næste afsnit drøfter vi trin, der skal tages, hvis du vil have din airbag deaktiveret.

Som svar på bekymring over børn - og andre, især mindre mennesker - der bliver dræbt eller alvorligt såret af funktionssvigt eller overdrevent kraftige airbags, udstedte National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) i 1997 en endelig regel for at give bilfabrikanter mulighed for at bruge lavere -drevne airbags. Denne regel tillader, at der er airbags depowered med 20 til 35 procent. Derudover fik reparationsbutikker og forhandlere lov til at installere fra og med 1998 tænd / sluk-kontakter der gør det muligt at deaktivere airbags. Køretøjsejere kunne nu få tilladelse (af NHTSA) til at få tænd / sluk-afbrydere installeret til en eller begge airbags i deres bil, hvis de (eller andre brugere af deres bil) faldt i en eller flere af disse specifikke risikogrupper:

• For både fører- og passagerside - Personer med medicinske tilstande, hvor risiciene ved udstationering af airbag overstiger risikoen for påvirkning i mangel af en airbag
• For førersiden (ud over medicinske tilstande) - De, der ikke kan positionere sig for at betjene deres biler korrekt 25,4 cm tilbage fra midten af ​​førerens airbag-dæksel
• For passagersiden (ud over medicinske tilstande) - Personer, der har behov for at transportere en baby i en bagudvendt barnesæde i forsædet, fordi bilen ikke har noget bageste sæde, bagsædet er for lille til at rumme et bagudvendt børnesæde eller fordi det er nødvendigt at konstant overvåge et barns medicinske tilstand
• For passagersiden (ud over medicinske tilstande) - Personer, der har behov for at bære børn mellem et og 12 år gamle i forsædet, fordi (a) bilen ikke har noget bageste sæde, (b) køretøjsejeren skal have flere børn, end det passer ind i bagsæde eller (c) fordi det er nødvendigt konstant at overvåge et barns helbred

Hvis du gerne vil have en on-off switch installeret i din bil, har du brug for en kopi af NHTSAs brochure, "airbags og On-Off switches: Information til en informeret beslutning", og den ledsagende formular, Anmodning om airbag On-Off switch. Du kan finde disse på NHTSA-webstedet såvel som på AAA-klubber, forhandlere af nye biler og statslige motorkøretøjsafdelinger. NHTSA sender dig et autorisationsbrev, som du kan tage til et værksted. (Inden du gider med alt dette, skal du kontakte din bilforhandler eller værksted for at se, om der er en on-off switch til din bil.) Nogle eftermontering af-til-afbrydere kan findes og bruges, hvis føderale krav er opfyldt - afbrydere skal betjenes med en nøgle og udstyret med advarselslamper for at indikere, om poserne er slukket eller tændt.

Selvom du selv har muligheden for at slukke den, skal airbag'en være tændt for chauffører, der kan sidde mindst 10 inches tilbage. For dem, der ikke kan (selv med de ovenstående forslag), kan tasken slukkes. En gruppe læger på den nationale konference om medicinske indikationer for airbag-deaktivering betragtede de medicinske tilstande, der almindeligvis er rapporteret i breve til NHTSA som mulig begrundelse for at slukke airbags. De anbefalede dog ikke at slukke airbags til relativt almindelige forhold, såsom:

• pacemakere
• briller
• angina
• emfysem
• astma
• mastektomi
• tidligere ryg- eller nakkeoperation
• avanceret alder
• osteoporose
• gigt
• graviditet

Generelt kan du ikke deaktivere din airbag uden at installere en eftermonteringsafbryder. Hvis en ommontering af / på-afbryder endnu ikke er tilgængelig (fra bilproducenten) til din bil, vil NHTSA godkende airbag-deaktivering fra sag til sag under passende forhold. Forsøg aldrig at deaktivere tasken selv - husk, dette er ingen blød pude! Det pakker en wallop og kan skade dig, når du ikke ved, hvad du laver.

Med hensyn til fabriksinstallerede on-off-kontakter tillader NHTSA bilproducenterne at installere passager-airbag-on-off afbrydere i nye køretøjer under begrænsede omstændigheder - kun hvis køretøjet ikke har noget bagerste sæde, eller hvis bagsædet er for lille til at rumme et bagudvendt børnesikkerhedssæde. Og producenterne har i øjeblikket ikke tilladelse til at installere on-off kontakter til førerens airbag i noget nyt køretøj. Hvorfor disse regler? NHTSA besluttede sig mod udbredte fabriksinstallerede on-off-afbrydere af frygt for, at de ville blive standardudstyr i alle nye køretøjer - også dem, der er købt af personer, der ikke er i risikogrupper. De så også integrationen af ​​on-off switches i nye biler (og den efterfølgende redesign af instrumentpaneler) som noget, der ville aflede ressourcer fra udviklingen af ​​mere sikre, mere avancerede airbag-systemer.

Aktiviteter, der sigter mod at opretholde og forbedre de livreddende fordele ved airbags er i fuld gang. Nye NHTSA-sponsorerede tests bruger forbedrede "dummy" skadekriterier baseret på ny viden og forskning.

Indtil for nylig var de fleste af de fremskridt, der blev gjort inden for autosikkerhed, foran og bagpå, selvom 40 procent af alle alvorlige kvæstelser som følge af ulykker er resultatet af bivirkninger, og 30 procent af alle ulykker er sammenstød med sider. Mange bilproducenter har responderet på denne statistik (og de deraf følgende nye standarder) ved at øge døre, dørkarmer og gulv- og tagafsnit. Men biler, der i øjeblikket tilbyder side-airbags repræsenterer den nye bølge af passagerbeskyttelse. Ingeniører siger, at det er meget vanskeligere at designe effektive side-airbags end at designe front-airbags. Dette skyldes, at meget af energien fra en frontkollision absorberes af kofanger, hætte og motor, og det tager næsten 30 til 40 millisekunder, før den når bilens passager. Ved sidepåvirkning adskiller kun en relativt tynd dør og et par tommer beboeren fra et andet køretøj. Dette betyder, at dørmonterede sidekollisjonspuder skal begynde at blive implementeret blot fem eller seks millisekunder!

Volvos ingeniører eksperimenterede med forskellige måder at montere sidekollisitasker og valgte sæderyginstallation, fordi det beskytter passagerer i alle størrelser uanset hvordan sædet er placeret. Dette arrangement giver dem mulighed for at placere en udløser mekanisk sensor på siderne af sædehynderne under føreren og den forreste passager. Dette forhindrer, at airbaggen på den ubeskadigede side af bilen blæser op. Installation af hele airbag-pakken i ryggen giver også fordelen ved at forhindre unødvendige placeringer, der kan være forårsaget af kollisioner med fodgængere eller cykler. Det tager en kollision på ca. 12 mph (19 km / t) for at udløse side-airbags.

BMW-ingeniører har valgt dørmonterede airbags. Døren har mere plads, hvilket giver mulighed for en større taske, der giver mere dækning.

Det hoved airbag, eller oppustelig rørstruktur (ITS), ligner lidt en stor pølse og er i modsætning til andre airbags designet til at forblive oppustet i cirka fem sekunder for at give beskyttelse mod anden eller tredje påvirkning. Arbejder med sideairbaggen skal ITS tilbyde bedre beskyttelse i nogle sidekollisioner. En anden mulighed for hovedbeskyttelse ved sidekollisioner er gardin airbag.

Alt dette gør det temmelig klart, at videnskaben om airbags stadig er ny og under hurtig udvikling. Du kan forvente mange fremskridt inden for dette felt, når designere kommer med nye ideer og lærer fra virkelige verden crashdata.

For mere information om airbags og relaterede emner, se linkene på næste side.

relaterede artikler

• Sådan fungerer crashtest
• Sådan fungerer NASCAR-sikkerhed
• Sådan fungerer sikkerhedsseler
• Hvordan 'Livets kæber' fungerer
• Sådan fungerer dæk
• Sådan fungerer bremser
• Sådan fungerer anti-lock bremser
• Hvordan fungerer sikkerhedsglas??
• Bilsæder: hurtige fakta

Flere gode links

• Discovery Channel: "MythBusters"
• Airbags: Sådan fungerer de
• Airbags og børn
• Frakobling af en airbag
• oppustere
• Airbags: Konstruktion og design